FE Electrical and Computer egzamino praktika: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 40 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Nuosekliai sujungti rezistoriai
Req = R1 + R2 + …
Lygiagrečiai sujungti rezistoriai
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Du lygiagrečiai
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Omo dėsnis
V = I·R
Galia
P = V·I = I²R = V²/R

Metodas

  1. Pradėkite nuo grandinės galo, esančio toliausiai nuo gnybtų.
  2. Nuosekliai sujungtus rezistorius sudėkite, o lygiagrečius junkite pagal 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Po kiekvieno žingsnio perbraižykite grandinę.
  4. Kartokite, kol tarp gnybtų liks vienas rezistorius.

Mazgų potencialų metodas

Kirchhofo srovių dėsnis
ΣIin = ΣIout
Šakos srovė
I = (Va − Vb)/R
Atskaitos mazgas
Vground = 0

Metodas

  1. Pasirinkite atskaitos mazgą (įžeminimą) ir pažymėkite kitų mazgų potencialus.
  2. Kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį: per šakas ištekančios srovės lygios įtekančioms.
  3. Kiekvienos šakos srovę išreikškite kaip (Va − Vb)/R.
  4. Išspręskite lygčių sistemą, tada raskite reikiamas sroves.

Kontūrų srovių metodas

Kirchhofo įtampų dėsnis
ΣV = 0 kiekviename kontūre
Bendras rezistorius
srovė = I1 − I2
Srovės šaltinis kontūre
nustato to kontūro srovę

Metodas

  1. Kiekviename grandinės kontūre (lange) nubrėžkite pagal laikrodžio rodyklę tekančią srovę.
  2. Kiekvienam kontūrui taikykite Kirchhofo įtampų dėsnį: įtampų kritimų suma lygi nuliui.
  3. Dviem kontūrams bendrame rezistoriuje srovė lygi abiejų kontūrų srovių skirtumui.
  4. Išspręskite lygtis; neigiamas rezultatas reiškia, kad srovė teka priešinga kryptimi.

Superpozicija

Superpozicija
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
Išjungtas įtampos šaltinis
trumpasis jungimas (0 V)
Išjungtas srovės šaltinis
atvira grandinė (0 A)
Įtampos daliklis
V2 = V·R2/(R1 + R2)
Srovės daliklis
I1 = I·R2/(R1 + R2)

Metodas

  1. Suskaičiuokite nepriklausomus šaltinius. Kiekvienam šaltiniui išspręsite po vieną paprastesnę grandinę.
  2. Palikite vieną šaltinį, o kitus išjunkite: įtampos šaltinis tampa trumpuoju jungimu (laidu), srovės šaltinis – atvira grandine (tarpu).
  3. Paprastesnėje grandinėje raskite reikiamą įtampą arba srovę, sekdami jos kryptį.
  4. Pakartokite kiekvienam šaltiniui, tada sudėkite indėlius su jų ženklais.

Teveninas ir Nortonas

Tevenino įtampa
Vth = Vopen circuit
Tevenino varža
Rth: visi šaltiniai išjungti, žiūrint iš a–b
Nortono srovė
IN = Vth/Rth
Apkrovos srovė
IL = Vth/(Rth + RL)
Didžiausios galios perdavimas
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Metodas

  1. Atjunkite apkrovą ir pažymėkite abu gnybtus a ir b.
  2. Raskite tuščiosios veikos įtampą tarp a ir b: tai Vth.
  3. Išjunkite visus nepriklausomus šaltinius ir raskite varžą, matomą iš a–b: tai Rth.
  4. Grąžinkite apkrovą į ekvivalentinę grandinę: Vth nuosekliai su Rth.
  5. Nortono ekvivalentui perskaičiuokite: IN = Vth/Rth, o RN = Rth lygiagrečiai.

RC ir RL pereinamieji procesai

Laiko konstanta
τ = RC | τ = L/R
Atsakas
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kondensatorius esant nuolatinei srovei
atvira grandinė; vC negali kisti šuoliu
Ritė esant nuolatinei srovei
trumpasis jungimas; iL negali kisti šuoliu
Nusistovėjęs režimas
t ≈ 5τ

Metodas

  1. Raskite pradinę vertę iškart po perjungimo: kondensatoriaus įtampa ir ritės srovė negali kisti šuoliu.
  2. Raskite galutinę vertę praėjus ilgam laikui po perjungimo: kondensatorius veikia kaip atvira grandinė, ritė – kaip trumpasis jungimas.
  3. Raskite laiko konstantą: τ = RC arba τ = L/R, naudodami varžą, kurią „mato“ kondensatorius ar ritė.
  4. Naudokite x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Pilnutinės varžos
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Kampinis dažnis
ω = 2πf
Modulis ir kampas
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Omo dėsnis fazoriams
V = I·Z

Metodas

  1. Perskaičiuokite dažnį: ω = 2πf.
  2. Raskite kiekvieną reaktansą: XL = ωL ir XC = 1/(ωC).
  3. Impedansus sudėkite kaip rezistorius, kai Z = R + jX.
  4. Raskite modulį |Z| = √(R² + X²) ir kampą φ = atan(X/R), tada taikykite Omo dėsnį fazoriams.

Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Aktyvioji galia
P = V·I·cos φ
Reaktyvioji galia
Q = V·I·sin φ
Pilnutinė galia
S = V·I = √(P² + Q²)
Galios koeficientas
pf = cos φ = P/S
Kompensacinis kondensatorius
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Trifazė galia

Žvaigždės (Y) jungimas
VL = √3·Vph, IL = Iph
Trikampio (Δ) jungimas
VL = Vph, IL = √3·Iph
Bendra aktyvioji galia
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Pilnutinė ir reaktyvioji galia
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kompensavimo kondensatoriai
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Įtampa ant kiekvieno kondensatoriaus
Δ: VL Y: VL/√3
Variklio naudojama galia
Pin = Pout/η

Transformatoriai

Transformacijos koeficientas
a = N1/N2 = V1/V2
Srovių santykis
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Vardinė srovė
I = S/V
Perskaičiuota varža
Z1′ = a²·ZL
Vario nuostoliai esant daliniam apkrovimui
Pcu = x²·Pcu,fl
Naudingumo koeficientas
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Didžiausias naudingumo koeficientas
x = √(Pcore/Pcu,fl)

Operacinių stiprintuvų grandinės

Invertuojantysis stiprintuvas
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
Neinvertuojantysis stiprintuvas
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
Sumuojantysis stiprintuvas
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
Idealus operacinis stiprintuvas
V+ = V−, Iin = 0

Diodai ir tranzistoriai

Diodas (pastovus įtampos kritimas)
VD = 0,7 V when conducting
Aktyvioji sritis
VBE = 0,7 V, IC = β·IB, IE = (β + 1)·IB
Fiksuotasis maitinimas
IB = (VCC − 0,7)/RB
Maitinimas per daliklį
IB = (VTH − 0,7)/(RTH + (β + 1)RE)
Daliklio Tevenino ekvivalentas
VTH = VCC·R2/(R1 + R2), RTH = R1∥R2
Kolektoriaus kontūras
VCE = VCC − ICRC − IERE
Įsotinimas
IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC, IB ≥ IC(sat)/β

Skaičiavimo sistemos

Pozicijų vertės
dvejetainė 2k, aštuntainė 8k, šešioliktainė 16k
Į dešimtainę
Σ dk·bk
Iš dešimtainės
dalykite iš pagrindo, liekanas skaitykite iš apačios į viršų
Šešioliktainė ↔ dvejetainė
vienas šešioliktainis skaitmuo = 4 bitai
Papildomasis kodas
invertuokite bitus ir pridėkite 1

Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai

Pagrindiniai elementai
A·B, A + B, A′, (A·B)′, (A + B)′, A ⊕ B
Būlio taisyklės
X + X′ = 1, X·X′ = 0, X + XY = X, XY + XY′ = X
De Morgano dėsniai
(X·Y)′ = X′ + Y′, (X + Y)′ = X′·Y′
Karno žemėlapio tvarka
00, 01, 11, 10 (Gray code)
2ᵏ langelių grupė
netenka k kintamųjų
4 į 1 multiplekseris
F = A′B′I0 + A′BI1 + AB′I2 + ABI3
Trigeriai
D: Q⁺ = D, T: Q⁺ = T ⊕ Q, JK: Q⁺ = JQ′ + K′Q
Skaitikliai
n bitų: 2ⁿ būsenų; mod-N: mažiausias n, kad 2ⁿ ≥ N; fout = fclk/N
Nuosekliojo veikimo (ripple) skaitiklis
fmax = 1/(n·tpd)
Žiediniai ir Johnsono skaitikliai
n ir 2n būsenų

Metodas

  1. Grandinei dirbkite nuo įėjimų iki išėjimo po vieną elementą ir užrašykite reikšmę ant kiekvieno laido arba užrašykite išraišką ir užpildykite teisingumo lentelę.
  2. Supaprastindami įrašykite vienetus (o nesvarbias reikšmes kaip X) į Karno žemėlapį su Grejaus kodo eilutėmis ir stulpeliais: 00, 01, 11, 10.
  3. Vienetus padenkite kuo mažiau ir kuo didesnių 1, 2, 4, 8 ar 16 langelių grupių, apsisukančių per kraštus; kiekviena grupė yra vienas sandaugos narys iš kintamųjų, kurie joje nesikeičia. POS formai grupuokite nulius.
  4. Trigeriams ir skaitikliams skaitykite įėjimus kiekvienu aktyviu taktiniu frontu, užrašykite būseną po kiekvieno fronto ir atminkite, kad n bitų skaitiklis apsisuka po 2ⁿ būsenų.

Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Stabilumas
visos charakteristinio daugianario šaknys kairiojoje pusplokštumėje
Rauso lentelė, kubinio daugianario s¹ elementas
b1 = (a2a1 − a3a0)/a2
Šaknys dešiniojoje pusplokštumėje
ženklo kaitų skaičius pirmajame stulpelyje
Kubinis daugianaris s³ + a₂s² + a₁s + a₀
stabilus, kai visi a > 0 ir a₂·a₁ > a₀
K/(s(s + a)(s + b))
Kmax = ab(a + b), ω = √(ab)
Charakteringoji lygtis
1 + K·G(s) = 0
Asimptotės
σa = (Σp − Σz)/(n − m), θ = (2q + 1)·180°/(n − m)
Atsiskyrimo ir susijungimo taškai
dK/ds = 0
Modulio sąlyga
K = 1/|G(s)|
Išėjimo kampas
θd = 180° − Σ∠(from other poles) + Σ∠(from zeros)

Metodas

  1. Užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį: lygties 1 + K·G(s) = 0 vardiklį, išskleistą.
  2. Koeficientus pakaitomis surašykite į pirmąsias dvi Rauso lentelės eilutes ir sudarykite likusias eilutes.
  3. Suskaičiuokite pirmojo stulpelio ženklo kaitas: kiekviena yra vienas polius dešiniojoje pusplokštumėje. Kai lentelėje yra K, reikalaukite, kad kiekvienas pirmojo stulpelio elementas liktų teigiamas.
  4. Šaknų geometrinei vietai pažymėkite polius ir nulius, realiosios ašies ruožus, asimptotes iš centroido ir lūžio taškus, kur dK/ds = 0. Stiprinimui taške naudokite K = 1/|G(s)|.

Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Sistemos tipas
G(s) polių ties s = 0 skaičius
Paklaidos konstantos
Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s), Ka = lim s²·G(s) (s → 0)
Šuolis A
ess = A/(1 + Kp)
Rampa A·t
ess = A/Kv
Parabolė A·t²/2
ess = A/Ka
PID reguliatorius
C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s
Antrosios eilės tikslas
s² + 2ζωns + ωn²
Viršijimas ir laiko rodikliai
%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, ts ≈ 4/(ζωn)

Metodas

  1. Suskaičiuokite atvirojo kontūro C(s)·G(s) polius ties s = 0: tai yra sistemos tipas.
  2. Apskaičiuokite įėjimui tinkančią paklaidos konstantą: Kp šuoliui, Kv rampai, Ka parabolei.
  3. Taikykite ess = A/(1 + Kp), A/Kv arba A/Ka arba išspręskite jį reikiamam stiprinimui.
  4. Slopinimo ar greičio reikalavimui užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir sulyginkite jį su s² + 2ζω_n·s + ω_n².

2Uždaviniai

1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiVidutinis
R1​ = 8 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​10 ΩB

Raskite šaltinio tiekiamą srovę IR1, tekančią per R1.

V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriaiSunkus
R1​ = 3 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​30 ΩIR2​AR4​4 ΩBR6​3 Ω

Raskite srovę IR2 per R2.

V1 = 15 VR1 = 3 ΩR2 = 30 ΩR3 = 2 ΩR4 = 4 ΩR5 = 20 ΩR6 = 3 Ω
IR2 = A
3.Mazgų potencialų metodasVidutinis
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​10 ΩAR4​10 ΩBIs​1,5 A

Mazgų potencialų metodu raskite srovės šaltinio Is atiduodamą galią PIs.

V1 = 18 VIs = 1,5 AR1 = 15 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 ΩR4 = 10 Ω
PIs = W
4.Mazgų potencialų metodasSunkus
R1​ = 10 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​30 VR3​25 ΩAR5​12 ΩBIs​1 A+−V2​36 V

Taikykite mazgų potencialų metodą ir raskite mazgo potencialą VA (matuojamą nuo įžeminimo).

V1 = 30 VIs = 1 AV2 = 36 VR1 = 10 ΩR2 = 12 ΩR3 = 25 ΩR4 = 10 ΩR5 = 12 Ω
VA = V
5.Kontūrų srovių metodasVidutinis
R1​ = 2 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​10 VR3​2 ΩIR3​A+−V2​30 VI1​I2​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite srovę IR3 per R3 rodyklės kryptimi.

V1 = 10 VV2 = 30 VR1 = 2 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 Ω
IR3 = A
6.Kontūrų srovių metodasSunkus
R1​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩIR2​R3​ = 15 Ω+−V1​10 VR4​4 ΩAR5​15 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

Taikykite kontūrų srovių metodą ir raskite srovę IR2 per R2 rodyklės kryptimi.

V1 = 10 VV2 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 15 ΩR4 = 4 ΩR5 = 15 Ω
IR2 = A
7.SuperpozicijaVidutinis
tiesinė grandinėVs​Is​IRL​

Tiesinėje varžinėje grandinėje yra vienas įtampos šaltinis Vs ir vienas srovės šaltinis Is. Srovė I per apkrovos rezistorių išmatuota du kartus: kai Vs = 10 V ir Is = 10 mA, I = −1 mA; kai Vs = 5 V ir Is = 8 mA, I = −1,4 mA. Raskite apkrovos srovę I, kai Vs = 8 V ir Is = 10 mA.

10 V, 10 mA → −1 mA5 V, 8 mA → −1,4 mAVs = 8 V, Is = 10 mA
I = mA
8.SuperpozicijaSunkus
R1​ = 20 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 15 ΩIR4​+−V1​15 VR3​15 ΩAIs​3 AB+−V2​18 V

Taikykite superpozicijos principą ir raskite srovę IR4 per R4 rodyklės kryptimi.

V1 = 15 VIs = 3 AV2 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 Ω
IR4 = A
9.Teveninas ir NortonasVidutinis
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​2 ΩAab

Raskite Nortono srovę IN: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.

V1 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 15 Ω
IN = A
10.Teveninas ir NortonasSunkus
R1​ = 15 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAIs​2,5 ABRL​15 ΩIL​

Prie a–b prijungta apkrova RL = 15 Ω. Likusią grandinės dalį pakeiskite Tevenino ekvivalentu ir raskite apkrovos srovę IL.

V1 = 12 VIs = 2,5 AR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 25 ΩRL = 15 Ω
IL = A
11.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
+−Vs​12 Vt = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 4,7 kΩC220 µF+−vC​

Šaltinis Vₛ per R₁ krauna kondensatorių, o R₂ prijungtas lygiagrečiai su C. Kondensatorius neįkrautas, kai jungiklis užsidaro momentu t = 0. Raskite grandinės laiko konstantą τ po jungiklio užsidarymo.

Vs = 12 VR1 = 10 kΩR2 = 4,7 kΩC = 220 µF
τ = ms
12.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C2,2 µF+−vC​

Laikmatis momentu t = 0 pradeda krauti neįkrautą kondensatorių per rezistorių iš 12 V šaltinio. Jis turi suveikti, kai kondensatoriaus įtampa pasiekia 6 V, lygiai po 200 ms nuo pradžios. Kai C = 2,2 µF, raskite reikiamą varžą R.

Vs = 12 VVth = 6 VT = 200 msC = 2,2 µF
R = kΩ
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
120 V60 HzR = 25 ΩL = 50 mHI

Rezistorius ir ritė lygiagrečiai prijungti prie 120 V (efektinė), 60 Hz maitinimo. Raskite pilnutinės varžos fazės kampą φ laipsniais (teigiamas, kai srovė atsilieka nuo įtampos).

V = 120 V (rms)f = 60 HzR = 25 ΩL = 50 mH
φ = °
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
12 V200 HzR1​ = 30 ΩR2​ = 40 ΩC = 47 µF

Rezistorius R1 nuosekliai sujungtas su lygiagrečiu R2 ir kondensatoriaus C junginiu ir prijungtas prie 12 V (efektinė), 200 Hz maitinimo. Raskite pilnutinės varžos modulį |Z|.

V = 12 V (rms)f = 200 HzR1 = 30 ΩR2 = 40 ΩC = 47 µF
|Z| = Ω
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
120 VZ15 + j20 ΩI

Apkrova, kurios pilnutinė varža Z = 15 + j20 Ω, prijungta prie 120 V (efektinė) vienfazio tinklo. Raskite jos imamą reaktyviąją galią Q.

V = 120 VZ = 15 + j20 Ω
Q = var
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
P = 10 kWQ1​S1​φ1​QC​

Vienfazė apkrova iš 230 V, 50 Hz tinklo ima 10 kW, kai galios koeficientas 0,7 (induktyvus). Lygiagrečiai prijungtas kondensatorius padidina galios koeficientą iki 0,98. Raskite reikiamą talpą C.

P = 10 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,98V = 230 Vf = 50 Hz
C = µF
17.Trifazė galiaVidutinis
ABCVL​ = 400 VZ = 16 + j12 Ωvienai fazei

Simetrinė trikampiu sujungta apkrova, kurios fazės impedansas 16 + j12 Ω, prijungta prie simetrinio trifazio tinklo, kurio linijinė įtampa 400 V. Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.

VL = 400 VZ = 16 + j12 Ω vienai fazei
P = kW
18.Trifazė galiaSunkus
P = 100 kWφ1​S1​Q2​QC​

Simetrinė trifazė apkrova iš 480 V (linijinė įtampa), 60 Hz tinklo ima 100 kW, kai galios koeficientas 0,75 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,92 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Kondensatoriai sujungti trikampiu. Raskite kiekvieno kondensatoriaus talpą Cph µF.

P = 100 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,92VL = 480 Vf = 60 Hz
Cph = µF
19.TransformatoriaiVidutinis
2 ΩN1​N2​288 Ω

Stiprintuvas, kurio išėjimo varža 288 Ω, per idealų transformatorių maitina 2 Ω garsiakalbį. Kad būtų perduodama didžiausia galia, iš stiprintuvo pusės garsiakalbis turi atrodyti kaip 288 Ω. Raskite transformacijos koeficientą a = N₁/N₂.

Rs = 288 ΩRL = 2 Ω
a =
20.TransformatoriaiSunkus
pf 0,85100 kVA, η = 97,5%

Vienfazio 100 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 400 W. Esant vardinei apkrovai ir galios koeficientui 0,85 (induktyvus), jo naudingumo koeficientas 97,5%. Raskite vario nuostolius Pcu,fl vatais esant vardinei apkrovai.

S = 100 kVAPcore = 400 Wpf = 0,85η = 97,5%
Pcu,fl = W
21.Operacinių stiprintuvų grandinėsVidutinis
−+Vout​Rf​ = 10 kΩR1​ = 4,7 kΩVin​ = 1 VRa​ = 2 kΩRb​ = 4,7 kΩ

Operacinis stiprintuvas idealus ir maitinamas ±15 V. Raskite išėjimo įtampą Vout.

Vin = 1 VRa = 2 kΩRb = 4,7 kΩR1 = 4,7 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
22.Operacinių stiprintuvų grandinėsSunkus
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = −1,5 VR1​ = 22 kΩV2​ = 1,2 VR2​ = 47 kΩIf​

Sumuojantysis stiprintuvas naudoja idealų operacinį stiprintuvą, maitinamą ±15 V. Raskite srovę If per grįžtamojo ryšio rezistorių, tekančią išėjimo link.

V1 = −1,5 VV2 = 1,2 VR1 = 22 kΩR2 = 47 kΩRf = 22 kΩ
If = mA
23.Diodai ir tranzistoriaiVidutinis
RC​ = 1 kΩβ = 150RE​ = 1,2 kΩVCC​ = 18 VR1​ = 68 kΩR2​ = 6,8 kΩ

NPN tranzistoriaus, kurio β = 150, darbo taškas nustatomas įtampos dalikliu iš VCC = 18 V: R₁ = 68 kΩ nuo VCC iki bazės ir R₂ = 6,8 kΩ nuo bazės iki įžeminimo. Kolektoriaus rezistorius RC = 1 kΩ, emiterio rezistorius RE = 1,2 kΩ. Imkite VBE = 0,7 V ir naudokite daliklio Tevenino ekvivalentą (bazės srovės nepaisyti negalima). Raskite kolektoriaus–emiterio įtampą VCE.

VCC = 18 VR1 = 68 kΩR2 = 6,8 kΩRC = 1 kΩRE = 1,2 kΩβ = 150
VCE = V
24.Diodai ir tranzistoriaiSunkus
RC​ = 470 Ωβ = 100VCC​ = 5 V3,3 VRB​ = ?

NPN tranzistorius, kurio β = 100, komutuoja 470 Ω apkrovos rezistorių, prijungtą tarp VCC = 5 V ir jo kolektoriaus. Emiteris įžemintas. Bazė valdoma iš 3,3 V loginio išėjimo per bazės rezistorių RB. Imkite VBE = 0,7 V ir VCE(sat) = 0,2 V. Raskite didžiausią bazės rezistorių RB kΩ, kuris dar įveda tranzistorių į įsotinimą.

VCC = 5 VRC = 470 Ωβ = 100Vin = 3,3 VVBE = 0,7 VVCE(sat) = 0,2 V
RB = kΩ
25.Skaičiavimo sistemosVidutinis
pozicijų vertės papildomajame kode1−12806403201608141201

8 bitų seka 1000 0110 saugo sveikąjį skaičių su ženklu papildomajame kode. Kokia jo reikšmė N dešimtainėje sistemoje?

1000 01108 bit
N =
26.Skaičiavimo sistemosSunkus
spustelėkite bitus, kad juos nustatytumėte012806403201608040201

Nustatykite bitus pagal 8 bitų rezultatą 0111 1001 AND 0011 1001. Kokia rezultato reikšmė R dešimtainėje sistemoje?

0111 1001AND0011 1001
R =
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiVidutinis
ABC00011110010011031204051706

Karno žemėlapiu raskite minimalią F(A, B, C) = Σm(1, 2, 7) sandaugų sumos (SOP) formą. Kiek sandaugos narių N ji turi?

F(A, B, C) = Σm(1, 2, 7)
N =
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriaiSunkus
ABCD0001111000011110X0110302040517X6112X130151141809011110

Raskite minimalią F(A, B, C, D) = Σm(1, 7, 8, 10, 12, 14) + d(0, 6, 13) SOP formą, kur d žymi nesvarbias sąlygas. Kiek literalų L ji turi?

F(A, B, C, D) = Σm(1, 7, 8, 10, 12, 14) + d(0, 6, 13)
L =
29.Laplaso transformacijosVidutinis
t (s)f(t)t = 0,2f(0,2) = ?

Paprastosiomis trupmenomis raskite f(t), kai F(s) = 60/(s(s + 3)(s + 4)), ir apskaičiuokite f(0,2).

F(s) = 60/(s(s + 3)(s + 4))t = 0,2 s
f(0.2) =
30.Laplaso transformacijosSunkus
t (s)y(t)t = 0,4y(0,4) = ?

Sistema tenkina y″ + 3y′ + 2y = 6·u(t). Ji pradeda iš rimties (y(0) = 0, y′(0) = 0), o įėjimas yra šuolis u(t) = 10, kai t ≥ 0. Laplaso transformacija raskite išėjimą y(0,4).

y″ + 3y′ + 2y = 6·u(t)u(t) = 10y(0) = 0, y′(0) = 0t = 0,4 s
y(0.4) =
31.Struktūrinės schemosVidutinis
R(s)+32s(s + 8)G(s)C(s)−

Vienetinio neigiamo grįžtamojo ryšio kontūre G(s) = 32/(s(s + 8)). Atskaitos signalas yra tiesiškai kintantis signalas r(t) = 2·t. Raskite nusistovėjusią paklaidą ess.

G(s) = 32/(s(s + 8))r(t) = 2·t
ess =
32.Struktūrinės schemosSunkus
R(s)+7s + 3G₁+3s + 7G₂C(s)1H₁−0,1H₂−

Sutrumpinkite struktūrinę schemą su G₁ = 7/(s + 3), G₂ = 3/(s + 7), vidiniu neigiamu grįžtamuoju ryšiu H₁ = 1 aplink G₂ ir išoriniu neigiamu grįžtamuoju ryšiu H₂ = 0,1. Raskite C(s)/R(s) nuolatinės srovės stiprinimą T(0).

G₁ = 7/(s + 3)G₂ = 3/(s + 7)H₁ = 1H₂ = 0,1
T(0) =
33.Šuolinė reakcijaVidutinis
t (s)y(t)2?

Sistemos perdavimo funkcija G(s) = 146/(s² + 3s + 73), o jos įėjimas yra vienetinis šuolis. Raskite šuolinės reakcijos procentinį viršijimą %OS.

G(s) = 146/(s² + 3s + 73)
%OS = %
34.Šuolinė reakcijaSunkus
t (s)y(t)150 %

Antrosios eilės sistemos be nulių šuolinė reakcija turi turėti 50 % viršijimą. Raskite slopinimo koeficientą ζ.

%OS = 50 %
ζ =
35.Bode grafikai ir atsargosVidutinis
|H| (dB)0,10,111101010010010001000−40−200204060ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−90−450ω = 2

Raskite G(s) = 30(s + 13)/(s(s + 16)) fazę ∠G(jω), kai ω = 2 rad/s, laipsniais.

G(s) = 30(s + 13)/(s(s + 16))ω = 2 rad/s
∠G(jω) = °
36.Bode grafikai ir atsargosSunkus
|H| (dB)0,10,1111010100100−100−80−60−40−20020ω (rad/s)φ (°)ω (rad/s)−270−180−900ω180​

Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 12/(s(s + 3)(s + 5)). Raskite stiprinimo atsargą GM dB.

L(s) = 12/(s(s + 3)(s + 5))
GM = dB
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaVidutinis
R(s)+K = 101s(s + 2)(s + 3)C(s)−

Schemoje pavaizduotas kontūras veikia, kai K = 10, o L(s) = K/(s(s + 2)(s + 3)). Kiek kartų m galima padidinti stiprinimą, kol uždarasis kontūras taps nestabilus?

L(s) = K/(s(s + 2)(s + 3))K = 10
m =
38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vietaSunkus
ReIm−2−4−6−8−10−12j2−1,5

Kontūrui L(s) = K/(s(s + 2)(s + 10)) raskite stiprinimą K, kuriam esant uždarojo kontūro polius yra ties s = −1,5.

L(s) = K/(s(s + 2)(s + 10))s = −1,5
K =
39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasVidutinis
r(t) = 0,5·t²/2+5(s + 1)s²(s + 5)C(s)−

Į vienetinio grįžtamojo ryšio kontūrą, kurio G(s) = 5(s + 1)/(s²(s + 5)), paduodamas parabolinis signalas r(t) = 0,5·t²/2. Raskite nusistovėjusiąją paklaidą ess.

G(s) = 5(s + 1)/(s²(s + 5))r(t) = 0,5·t²/2
ess =
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymasSunkus
R(s)+Kp​ + Ki​/s10s + 5C(s)−

PI reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s valdo objektą G(s) = 10/(s + 5) vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre. Uždarasis kontūras turi turėti ωₙ = 4 rad/s ir ζ = 1. Raskite integralinį stiprinimą Ki.

G(s) = 10/(s + 5)ωₙ = 4 rad/sζ = 1
Ki =

3Tirpalai

1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: IR1 = 0,3453 A

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.

R1​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​10 ΩB

Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo

Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.

R3 + R4 = 15 + 10 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 15·25/(15+25) = 9,375 Ω
Req = R1 + 9,375 = 8 + 9,375 = 17,38 Ω

Šaltinio srovė

Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.

IR1 = V1/Req = 6/17,38 = 0,3453 A

Atsakymas

IR1 = 0,3453 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai

Atsakymas: IR2 = 0,3022 A

Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.

R1​ = 3 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​30 ΩAR4​4 ΩBR6​3 Ω

Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo

Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.

R5 + R6 = 20 + 3 = 23 Ω
R4 ∥ 23 = 3,407 Ω
R3 + 3,407 = 5,407 Ω
R2 ∥ 5,407 = 4,582 Ω
Req = R1 + 4,582 = 3 + 4,582 = 7,582 Ω

Šaltinio srovė

Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.

IR1 = V1/Req = 15/7,582 = 1,978 A

Srovė per R₂

Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 1,978·3 = 9,065 V
IR2 = VA/R2 = 9,065/30 = 0,3022 A

Atsakymas

IR2 = 0,3022 A
3.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: PIs = 17,63 W

Mazgų potencialų metodas: pasirinkite atskaitos mazgą, pažymėkite nežinomus mazgų potencialus, kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį naudodami Omo dėsnį (I = ΔV/R) ir išspręskite gautas lygtis.

KSD mazge A

Srovės, ištekančios iš A per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/10 + (VA − 18)/15 + (VA − VB)/8 = 0
0,2917·VA − 0,125·VB = 1,2

KSD mazge B

Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/10 + (VB − VA)/8 = 1,5
−0,125·VA + 0,225·VB = 1,5

Išspręskite

Δ = (0,2917)(0,225) − (−0,125)(−0,125) = 0,05
VA = Δ1/Δ = 0,4575/0,05 = 9,15 V
VB = Δ2/Δ = 0,5875/0,05 = 11,75 V

Srovės šaltinio atiduodama galia

Šaltinis srovę Iₛ stumia aukštyn į mazgą B, nuo įžeminimo (0 V) iki VB. Šaltinis, kurio srovė išteka iš jo + gnybto, atiduoda galią P = V·I.

PIs = VB·Is = 11,75·1,5 = 17,63 W

Atsakymas

PIs = 17,63 W
4.Mazgų potencialų metodas

Atsakymas: VA = 22,49 V

Mazgų potencialų metodas: pasirinkite atskaitos mazgą, pažymėkite nežinomus mazgų potencialus, kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį naudodami Omo dėsnį (I = ΔV/R) ir išspręskite gautas lygtis.

R1​ = 10 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​30 VR3​25 ΩAR5​12 ΩBIs​1 A+−V2​36 V

Nustatykite mazgus

Įžeminimas – apatinis laidas. Žinomi mazgų potencialai gaunami tiesiai iš šaltinių (V1 = 30 V, V2 = 36 V). Nežinomieji: VA, VB.

KSD mazge A

Srovės, ištekančios iš A per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/25 + (VA − 30)/10 + (VA − VB)/12 = 0
0,2233·VA − 0,08333·VB = 3

KSD mazge B

Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/12 + (VB − VA)/12 + (VB − 36)/10 = 1
−0,08333·VA + 0,2667·VB = 4,6

Išspręskite

Δ = (0,2233)(0,2667) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,05261
VA = Δ1/Δ = 1,183/0,05261 = 22,49 V
VB = Δ2/Δ = 1,277/0,05261 = 24,28 V

Atsakymas

VA = 22,49 V
5.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: IR3 = 5,625 A

Kontūrų srovių metodas: kiekvienam plokščios grandinės langui priskirkite savo kontūro srovę, kiekvienam kontūrui užrašykite Kirchhofo įtampų dėsnį (kritimų suma = padidėjimų suma) ir išspręskite. Šakų srovės yra kontūro srovė arba dviejų kontūrų srovių skirtumas bendroje šakoje.

R1​ = 2 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​10 VR3​2 ΩA+−V2​30 VI1​I2​

Priskirkite kontūrų sroves

Kiekviename lange nubrėžkite srovę pagal laikrodžio rodyklę: I1, I2. Dviem kontūrams bendras rezistorius praleidžia jų srovių skirtumą.

KĮD kontūre 1

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
2·I1 + 2(I1 − I2) = 10
4·I1 − 2·I2 = 10

KĮD kontūre 2

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
3·I2 + 2(I2 − I1) = (−30)
−2·I1 + 5·I2 = −30

Išspręskite

Δ = (4)(5) − (−2)(−2) = 16
I1 = Δ1/Δ = −10/16 = −0,625 A
I2 = Δ2/Δ = −100/16 = −6,25 A

Atsakymas

IR3 = I1 − I2 = 5,625 A

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

6.Kontūrų srovių metodas

Atsakymas: IR2 = −0,08403 A

Kontūrų srovių metodas: kiekvienam plokščios grandinės langui priskirkite savo kontūro srovę, kiekvienam kontūrui užrašykite Kirchhofo įtampų dėsnį (kritimų suma = padidėjimų suma) ir išspręskite. Šakų srovės yra kontūro srovė arba dviejų kontūrų srovių skirtumas bendroje šakoje.

R1​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR4​4 ΩAR5​15 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

Priskirkite kontūrų sroves

Kiekviename lange nubrėžkite srovę pagal laikrodžio rodyklę: I1, I2, I3. Dviem kontūrams bendras rezistorius praleidžia jų srovių skirtumą.

KĮD kontūre 1

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
6·I1 + 4(I1 − I2) = 10
10·I1 − 4·I2 = 10

KĮD kontūre 2

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
2·I2 + 4(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 21·I2 − 15·I3 = 0

KĮD kontūre 3

Einant pagal laikrodžio rodyklę, įtampos kritimai ant rezistorių lygūs šaltinių įtampų padidėjimams (nuo − iki + ėjimo kryptimi).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
15·I3 + 15(I3 − I2) = (−10)
−15·I2 + 30·I3 = −10

Išspręskite

Δ = koeficientų matricos determinantas = 3570
I1 = Δ1/Δ = 3450/3570 = 0,9664 A
I2 = Δ2/Δ = −300/3570 = −0,08403 A
I3 = Δ3/Δ = −1340/3570 = −0,3754 A

Atsakymas

IR2 = I2 = −0,08403 A

Neigiama kontūro srovė teka prieš laikrodžio rodyklę.

7.Superpozicija

Atsakymas: I = −1,4 mA

Superpozicija: tiesinėje grandinėje bet kuri įtampa ar srovė yra atsakų į kiekvieną atskirai veikiantį nepriklausomą šaltinį suma. Norėdami išjungti šaltinį, idealų įtampos šaltinį pakeiskite trumpuoju jungimu, o idealų srovės šaltinį – atvira grandine. Rezistoriai lieka savo vietose.

Atsaką užrašykite kaip indėlių sumą

Kiekvienas indėlis proporcingas savo šaltiniui, o konstanta priklauso tik nuo rezistorių.

I = k₁·Vs + k₂·Is
10·k₁ + 10·k₂ = −1
5·k₁ + 8·k₂ = −1,4

Raskite konstantas

Δ = (10)(8) − (10)(5) = 30
k₁ = Δ1/Δ = 6/30 = 0,2
k₂ = Δ2/Δ = −9/30 = −0,3
k₁ = 0,2 mA/V, k₂ = −0,3

Apskaičiuokite naują srovę

I = 0,2·8 + (−0,3)·10 = −1,4 mA

Atsakymas

I = −1,4 mA
8.Superpozicija

Atsakymas: IR4 = −1,533 A

Superpozicija: tiesinėje grandinėje bet kuri įtampa ar srovė yra atsakų į kiekvieną atskirai veikiantį nepriklausomą šaltinį suma. Norėdami išjungti šaltinį, idealų įtampos šaltinį pakeiskite trumpuoju jungimu, o idealų srovės šaltinį – atvira grandine. Rezistoriai lieka savo vietose.

R1​ = 20 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​15 VR3​15 ΩAATVIRABTRUMPAS JUNGIMAS

1 atvejis · veikia tik V1

V₂ tampa trumpuoju jungimu, o Iₛ – atvira grandine. Žiūrint iš A, R₃ yra lygiagretus su nuoseklia pora R₂+R₄.

R3 ∥ (R2+R4) = 15 ∥ 30 = 10 Ω
VA = 15·10/(20+10) = 5 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 5·15/30 = 2,5 V
IR4′ = (V2 − VB)/R4 = (0 − 2,5)/15 = −0,1667 A
R1​ = 20 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 15 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​15 ΩAIs​3 ABTRUMPAS JUNGIMAS

2 atvejis · veikia tik Is

Abu įtampos šaltiniai tampa trumpaisiais jungimais. Iₛ taške B dalijasi tarp R₄ (dabar į įžeminimą) ir R₂, nuoseklaus su R₁ ∥ R₃.

R1 ∥ R3 = 8,571 Ω, todėl kairysis kelias yra R2+8,571 = 23,57 Ω
Req = R4 ∥ 23,57 = 9,167 Ω
VB = Is·Req = 3·9,167 = 27,5 V
VA = VB·8,571/23,57 = 10 V
IR4″ = (V2 − VB)/R4 = (0 − 27,5)/15 = −1,833 A
R1​ = 20 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 15 ΩTRUMPAS JUNGIMASR3​15 ΩAATVIRAB+−V2​18 V

3 atvejis · veikia tik V2

V₁ tampa trumpuoju jungimu, o Iₛ – atvira grandine. R₁ ∥ R₃ eina nuo A, nuosekliai su R₂ atgal iki B.

R1 ∥ R3 = 20·15/(20+15) = 8,571 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 18·23,57/38,57 = 11 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 11·8,571/23,57 = 4 V
IR4‴ = (V2 − VB)/R4 = (18 − 11)/15 = 0,4667 A

Sudėkite dedamąsias

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴
IR4 = (−0,1667) + (−1,833) + 0,4667 = −1,533 A

Neigiamas rezultatas reiškia, kad iš tikrųjų srovė teka prieš rodyklę.

9.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: IN = 0,1565 A

Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis Vth, nuosekliai sujungtas su varža Rth. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį IN = Vth/Rth, lygiagretų su Rth.

R1​ = 5 ΩR3​ = 15 ΩTRUMPAS JUNGIMASR2​2 ΩAabRth​

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.

R1 ∥ R2 = 5·2/(5+2) = 1,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,429 + 15 = 16,43 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​2 ΩAab+−Vth​

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

Kai a–b atviri, per R₃ srovė neteka, todėl ant jo nėra įtampos kritimo ir V_b = V_A. R₁ ir R₂ sudaro įtampos daliklį.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 9·2/(5+2) = 2,571 V
IN​0,1565 ARth​16,43 Ωab

Nortono ekvivalentas

Nortono šaltinis – ta pati grandinė, matoma kaip srovės šaltinis lygiagrečiai su R_th. Jo srovė yra trumpojo jungimo srovė tarp a–b.

IN = Vth/Rth = 2,571/16,43 = 0,1565 A
10.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: IL = −1,584 A

Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis Vth, nuosekliai sujungtas su varža Rth. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį IN = Vth/Rth, lygiagretų su Rth.

R1​ = 15 ΩR3​ = 25 ΩTRUMPAS JUNGIMASR2​15 ΩAATVIRABabRth​

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.

R1 ∥ R2 = 15·15/(15+15) = 7,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,5 + 25 = 32,5 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAIs​2,5 ABab+−Vth​

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

Kai a–b atviri, vienintelis kelias Iₛ yra per R₃ į mazgą A. Raskite V_A superpozicija iš V₁ ir Iₛ, tada pridėkite įtampos kritimą ant R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 6 + (−2,5)·7,5 = −12,75 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −12,75 + (−2,5)·25 = −75,25 V
Rth​ = 32,5 Ω−+Vth​75,25 VRL​15 ΩIL​

Prijunkite apkrovą prie Tevenino ekvivalento

Tevenino šaltinis ir nuoseklus R_th gnybtuose a–b elgiasi lygiai kaip pradinė grandinė, todėl apkrova mato paprastą nuoseklų kontūrą.

IL = Vth/(Rth + RL) = −75,25/(32,5 + 15) = −1,584 A
11.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: τ = 703,4 ms

Pirmos eilės pereinamieji procesai: grandinėje su vienu kondensatoriumi arba viena rite kiekviena įtampa ir srovė eksponentiškai kinta nuo pradinės iki galutinės vertės: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, kur τ = RC arba τ = L/R. Po maždaug 5τ grandinė nusistovi.

Kondensatoriaus matomas Tevenino ekvivalentas

Šaltinį trumpai sujunkite, kad rastumėte Rth; kondensatorių atjunkite, kad rastumėte įtampą, iki kurios jis nusistovės.

Rth = R1 ∥ R2 = 10·4,7/(10 + 4,7) = 3,197 kΩ
vC(∞) = 12·4,7/(10 + 4,7) = 3,837 V

Laiko konstanta

τ = Rth·C = 3,197·220 = 703,4 ms

Atsakymas

τ = 703,4 ms
12.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: R = 131,2 kΩ

Pirmos eilės pereinamieji procesai: grandinėje su vienu kondensatoriumi arba viena rite kiekviena įtampa ir srovė eksponentiškai kinta nuo pradinės iki galutinės vertės: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, kur τ = RC arba τ = L/R. Po maždaug 5τ grandinė nusistovi.

Reikiama laiko konstanta

6 = 12·(1 − e−200/τ) → τ = 200/ln(12/(12 − 6))
τ = 200/0,6931 = 288,5 ms

Varža

kΩ kart µF duoda milisekundes.

R = τ/C = 288,5/2,2 = 131,2 kΩ

Atsakymas

R = 131,2 kΩ
13.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: φ = 52,98 °

Kintamosios srovės grandinės ir fazoriai: rezistorių, ričių ir kondensatorių pilnutinės varžos yra R, jωL ir 1/(jωC), kur ω = 2πf. Nuosekliai pilnutinės varžos sumuojamos kaip varžos, tik kompleksiniais skaičiais. Efektinės srovė ir įtampa tenkina Omo dėsnį su |Z|.

Reaktyvioji varža

XL = ωL = 2π·60·0,05 = 18,85 Ω

Šakų srovės

Abi šakos prijungtos tiesiai prie maitinimo, todėl kiekvienai tenka visa įtampa V.

IR = V/R = 120/25 = 4,8 A
IX = V/XL = 120/18,85 = 6,366 A

Bendra srovė

Rezistoriaus srovė sutampa faze su V, o reaktyvioji srovė pasislinkusi 90°, todėl jos sudedamos kaip stačiojo trikampio statiniai.

I = √(IR² + IX²) = √(4,8² + 6,366²) = 7,973 A

Fazės kampas

Ritės srovė atsilieka nuo V, todėl bendra srovė atsilieka, o kampas teigiamas.

φ = arctan(IX/IR) = arctan(6,366/4,8) = 52,98°

Atsakymas

φ = 52,98°
14.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: |Z| = 38,83 Ω

Kintamosios srovės grandinės ir fazoriai: rezistorių, ričių ir kondensatorių pilnutinės varžos yra R, jωL ir 1/(jωC), kur ω = 2πf. Nuosekliai pilnutinės varžos sumuojamos kaip varžos, tik kompleksiniais skaičiais. Efektinės srovė ir įtampa tenkina Omo dėsnį su |Z|.

Reaktyvioji varža

XC = 1/(2π·200·47·10⁻⁶) = 16,93 Ω

Lygiagretus junginys

Skaitiklį ir vardiklį padauginkite iš jungtinio kompleksinio skaičiaus, kad Zp išskaidytumėte į realiąją ir menamąją dalis.

Zp = R₂·(−jXC)/(R₂ − jXC) = (R₂·XC² − jR₂²·XC)/(R₂² + XC²)
Zp = 6,078 − j14,36 Ω

Bendra pilnutinė varža

Z = 30 + 6,078 − j14,36 = 36,08 − j14,36 Ω
|Z| = √(36,08² + 14,36²) = 38,83 Ω

Atsakymas

|Z| = 38,83 Ω
15.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: Q = 460,8 var

Kintamosios srovės galia: pilnutinė galia S = V·I (VA) skyla į aktyviąją galią P = S·cos φ (W), atliekančią naudingą darbą, ir reaktyviąją galią Q = S·sin φ (var), kuri svyruoja tarp šaltinio ir apkrovos. Galios koeficientas yra cos φ. Lygiagretus kondensatorius reaktyviąją galią tiekia vietoje, todėl esant tai pačiai aktyviajai galiai linijos srovė sumažėja.

Srovė

|Z| = √(15² + 20²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 120/25 = 4,8 A

Reaktyvioji galia

Q = I²·X = 4,8²·20 = 460,8 var

Atsakymas

Q = 460,8 var
16.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: C = 491,7 µF

Kintamosios srovės galia: pilnutinė galia S = V·I (VA) skyla į aktyviąją galią P = S·cos φ (W), atliekančią naudingą darbą, ir reaktyviąją galią Q = S·sin φ (var), kuri svyruoja tarp šaltinio ir apkrovos. Galios koeficientas yra cos φ. Lygiagretus kondensatorius reaktyviąją galią tiekia vietoje, todėl esant tai pačiai aktyviajai galiai linijos srovė sumažėja.

Reaktyvioji galia prieš ir po

Aktyvioji galia P nesikeičia; keičiasi tik iš tinklo imama reaktyvioji galia.

Q1 = P·tan φ1 = 10·tan(45,57°) = 10,2 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 10·tan(11,48°) = 2,031 kvar
QC = Q1 − Q2 = 8,171 kvar

Talpa

Prie maitinimo prijungtas kondensatorius tiekia Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 8171/(2π·50·230²) = 491,7 µF

Atsakymas

C = 491,7 µF
17.Trifazė galia

Atsakymas: P = 19,2 kW

Simetrinės trifazės sistemos: jungiant žvaigžde (Y) linijinė įtampa √3 karto didesnė už fazinę, VL = √3·Vph, o linijinė srovė lygi fazinei. Jungiant trikampiu (Δ) linijinė įtampa lygi fazinei, o linijinė srovė √3 karto didesnė už fazinę, IL = √3·Iph. Bendra galia tris kartus didesnė už vienos fazės galią: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Fazinė įtampa

Vph = VL = 400 V

Fazinė srovė

|Z| = √(16² + 12²) = 20 Ω
Iph = 400/20 = 20 A

Bendra aktyvioji galia

Aktyviąją galią naudoja tik aktyvioji kiekvieno impedanso dalis.

P = 3·Iph²·R = 3·20²·16 = 19,2 kW

Atsakymas

P = 19,2 kW

Patikrinimas: cos φ = R/|Z| = 0,8, o √3·VL·IL·cos φ duoda tą pačią galią.

18.Trifazė galia

Atsakymas: Cph = 175 µF

Simetrinės trifazės sistemos: jungiant žvaigžde (Y) linijinė įtampa √3 karto didesnė už fazinę, VL = √3·Vph, o linijinė srovė lygi fazinei. Jungiant trikampiu (Δ) linijinė įtampa lygi fazinei, o linijinė srovė √3 karto didesnė už fazinę, IL = √3·Iph. Bendra galia tris kartus didesnė už vienos fazės galią: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Galios koeficiento gerinimas: kondensatoriai reaktyviąją galią tiekia vietoje, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Kiekvienas iš trijų kondensatorių tiekia QC/3 = V²·ω·C, kur V – įtampa ant to kondensatoriaus: trikampiu sujungtoje baterijoje VL, žvaigžde sujungtoje – VL/√3.

Reaktyvioji galia prieš ir po

Aktyvioji galia nekinta, todėl kiekvienas galios koeficientas nulemia reaktyviąją galią: Q = P·tan φ.

Q1 = 100·tan(acos 0,75) = 100·0,8819 = 88,19 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0,92) = 100·0,426 = 42,6 kvar

Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia

QC = Q1 − Q2 = 45,59 kvar

Vienos fazės talpa

Trikampiu sujungtoje baterijoje kiekvienas kondensatorius prijungtas tarp dviejų linijų.

V = 480 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 15197/(377·480²) = 175 µF

Atsakymas

Cph = 175 µF
19.Transformatoriai

Atsakymas: a = 12

Idealus transformatorius: įtampų santykis lygus vijų skaičių santykiui, o srovių – atvirkštiniam santykiui: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a ir I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, todėl įėjimo galia lygi išėjimo galiai, V₁·I₁ = V₂·I₂. Antrinėje pusėje esantis apkrovos impedansas Z iš pirminės pusės atrodo kaip a²·Z.

Suderinkite perskaičiuotą apkrovą

a²·2 = 288
a = √(288/2) = √144 = 12

Atsakymas

a = 12
20.Transformatoriai

Atsakymas: Pcu,fl = 1779 W

Transformatoriaus nuostoliai: šerdies nuostoliai (histerezės ir sūkurinių srovių) priklauso nuo įtampos ir esant bet kokiai apkrovai yra vienodi. Vario nuostoliai apvijose proporcingi srovės kvadratui, todėl esant apkrovos daliai x nuo vardinės jie lygūs x²·Pcu,fl. Naudingumo koeficientas η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), kur Pout = x·S·pf. Naudingumo koeficientas didžiausias esant tokiai apkrovai, kai vario nuostoliai lygūs šerdies nuostoliams.

Išėjimo ir įėjimo galia

Pout = 100·0,85 = 85 kW
Pin = 85000/0,975 = 87179 W

Bendri ir vario nuostoliai

Ploss = 87179 − 85000 = 2179 W
Pcu,fl = 2179 − 400 = 1779 W

Atsakymas

Pcu,fl = 1779 W
21.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: Vout = 2,194 V

Idealaus operacinio stiprintuvo taisyklės: esant neigiamajam grįžtamajam ryšiui, stiprintuvas nustato išėjimą taip, kad abiejų įėjimų įtampa būtų vienoda (V₋ = V₊), ir į nė vieną įėjimą srovė neteka. KSD invertuojančiajame įėjime su šiais dviem faktais duoda išėjimą.

Įtampa + įėjime

V₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = 1·4,7/(2 + 4,7) = 0,7015 V

Neinvertuojančio stiprintuvo stiprinimas

V₋ = V₊, o srovė per R₁ teka ir per Rf.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 0,7015·(1 + 10/4,7) = 2,194 V

Atsakymas

Vout = 2,194 V
22.Operacinių stiprintuvų grandinės

Atsakymas: If = −0,04265 mA

Idealaus operacinio stiprintuvo taisyklės: esant neigiamajam grįžtamajam ryšiui, stiprintuvas nustato išėjimą taip, kad abiejų įėjimų įtampa būtų vienoda (V₋ = V₊), ir į nė vieną įėjimą srovė neteka. KSD invertuojančiajame įėjime su šiais dviem faktais duoda išėjimą.

Įėjimo srovės

V₋ = 0, todėl ant kiekvieno įėjimo rezistoriaus yra visa jo įėjimo įtampa.

I1 = V1/R1 = −1,5/22 = −0,06818 mA
I2 = V2/R2 = 1,2/47 = 0,02553 mA
If = I1 + I2 = −0,04265 mA

Atsakymas

If = −0,04265 mA
23.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: VCE = 16,34 V

Dvipolio tranzistoriaus darbo taškas: aktyviojoje srityje VBE = 0,7 V, IC = β·IB ir IE = (β + 1)·IB. IB raskite iš bazės kontūro pagal KĮD, tada IC, tada VCE iš kolektoriaus–emiterio kontūro. Įtampos daliklis bazėje pakeičiamas jo Tevenino ekvivalentu VTH = VCC·R₂/(R₁ + R₂), RTH = R₁∥R₂; emiterio rezistorius bazės kontūre atrodo (β + 1) karto didesnis.

Daliklio Tevenino ekvivalentas

VTH = 18·6,8/(68 + 6,8) = 1,636 V
RTH = 68·6,8/(68 + 6,8) = 6,182 kΩ

Bazės srovė

KĮD bazės kontūrui; emiterio srovė yra (β + 1)·IB.

IB = (1,636 − 0,7)/(6,182 + 151·1,2) = 4,997 µA

Kolektoriaus srovė

IC = 150·4,997 µA = 0,7496 mA
IE = 151·4,997 µA = 0,7546 mA

Kolektoriaus–emiterio įtampa

VCE = 18 − 0,7496·1 − 0,7546·1,2 = 16,34 V

Atsakymas

VCE = 16,34 V
24.Diodai ir tranzistoriai

Atsakymas: RB = 25,46 kΩ

Dvipolis tranzistorius kaip jungiklis: norint visiškai įjungti apkrovą, tranzistorius įvedamas į įsotinimą, kai VCE = VCE(sat), o kolektoriaus srovę nulemia apkrova: IC(sat) = (VCC − VCE(sat))/RC. Įsotinimui reikia bent IB = IC(sat)/β. Jei bazės srovė mažesnė, tranzistorius lieka aktyviojoje srityje ir IC = β·IB.

Kolektoriaus srovė įsotinimo režime

IC(sat) = (5 − 0,2)/470 = 10,21 mA

Mažiausia bazės srovė

IB(min) = IC(sat)/β = 10,21/100 = 102,1 µA

Bazės rezistorius

RB = (3,3 − 0,7)/IB = 2,6 V/0,1021 mA = 25,46 kΩ

Atsakymas

RB = 25,46 kΩ

Bet kuris mažesnis bazės rezistorius taip pat įsotina tranzistorių; praktikoje parenkamas kelis kartus mažesnis.

25.Skaičiavimo sistemos

Atsakymas: N = −122

Pozicinės skaičiavimo sistemos: kiekvienas skaitmuo vertas savo reikšmės, padaugintos iš pagrindo laipsnio. Dvejetainėje sistemoje pozicijos vertos 1, 2, 4, 8, 16, …, šešioliktainėje 1, 16, 256, …, o A–F reiškia 10–15. 8 bitų papildomajame kode kairysis bitas vertas −128 vietoj +128; taip saugomi neigiami skaičiai.

Sudėkite vertes

Kiti bitai išlaiko įprastas teigiamas vertes.

−128 + 4 + 2 = −122

Atsakymas

N = −122
26.Skaičiavimo sistemos

Atsakymas: R = 57

Bitų nustatymas: kiekvienas bitas vertas dvejeto laipsnio (128, 64, …, 1). Vienas šešioliktainis skaitmuo yra lygiai keturi bitai, o 8 bitų dvejetainiame papildomajame kode kairysis bitas vertas −128. Bitinės operacijos atliekamos kiekvienai bito pozicijai atskirai.

Bitas po bito

AND duoda 1 tik ten, kur abu bitai yra 1.

0111 1001
AND 0011 1001
= 0011 1001

Rezultato reikšmė

0011 1001₂ = 57

Atsakymas

R = 57
27.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai

Atsakymas: N = 3

Karno žemėlapiai: langeliai išdėstyti Grejaus kodu (00, 01, 11, 10), todėl gretimi langeliai, įskaitant esančius per kraštus, skiriasi tiksliai vienu kintamuoju. Sugrupuokite vienetus į 1, 2, 4, 8 arba 16 langelių stačiakampius, kuo didesnius ir kuo mažiau, kol bus padengtas kiekvienas vienetas. Kiekviena grupė yra vienas sandaugos narys: kintamieji, kurie joje nesikeičia. 2ᵏ langelių grupė netenka k kintamųjų. Nesvarbias reikšmes (X) galima naudoti grupėms didinti, bet jų dengti nebūtina. Grupuojant nulius, gaunama minimali POS forma.

ABC00011110010011031204051706

Sugrupuokite vienetus

Kiekviena grupė yra 2ᵏ langelių stačiakampis; kraštiniai langeliai yra priešingo krašto langelių kaimynai.

A′B′C
A′BC′
ABC

Minimali SOP forma

F = A′B′C + A′BC′ + ABC
N = 3

Atsakymas

N = 3
28.Skaitmeninė logika: elementai, Karno žemėlapiai ir trigeriai

Atsakymas: L = 8

Karno žemėlapiai: langeliai išdėstyti Grejaus kodu (00, 01, 11, 10), todėl gretimi langeliai, įskaitant esančius per kraštus, skiriasi tiksliai vienu kintamuoju. Sugrupuokite vienetus į 1, 2, 4, 8 arba 16 langelių stačiakampius, kuo didesnius ir kuo mažiau, kol bus padengtas kiekvienas vienetas. Kiekviena grupė yra vienas sandaugos narys: kintamieji, kurie joje nesikeičia. 2ᵏ langelių grupė netenka k kintamųjų. Nesvarbias reikšmes (X) galima naudoti grupėms didinti, bet jų dengti nebūtina. Grupuojant nulius, gaunama minimali POS forma.

Pagrindiniai implikantai

Didžiausios grupės, kurias galima sudaryti iš vienetų ir X.

B′C′D′, BCD′, AD′, A′B′C′, A′BC, ABC′
ABCD0001111000011110X0110302040517X6112X130151141809011110

Minimalus dengimas

F = AD′ + A′B′C′ + A′BC
L = 8

Atsakymas

L = 8
29.Laplaso transformacijos

Atsakymas: f(0.2) = 0,7637

Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Paprastosios trupmenos

F(s) = A/s + B/(s + 3) + C/(s + 4)
A = 60/(3·4) = 5
B = 60/((−3)·1) = −20
C = 60/((−4)·(−1)) = 15

Atvirkštinė transformacija

f(t) = 5 − 20·e−3t + 15·e−4t

Apskaičiuokite

f(0,2) = 5 − 20·e−3·0,2 + 15·e−4·0,2 = 0,7637

Atsakymas

f(0,2) = 0,7637
30.Laplaso transformacijos

Atsakymas: y(0.4) = 3,261

Laplaso transformacija: F(s) = ∫₀∞ f(t)·e−st dt išvestines paverčia daugyba iš s: ℒ{f′} = sF(s) − f(0), ℒ{f″} = s²F(s) − s·f(0) − f′(0). Standartinės poros: 1 ↔ 1/s, e−at ↔ 1/(s + a), t·e−at ↔ 1/(s + a)², sin ωt ↔ ω/(s² + ω²), cos ωt ↔ s/(s² + ω²), o postūmis s → s + σ laiko funkciją padaugina iš e−σt. Norėdami atlikti racionaliosios F(s) atvirkštinę transformaciją, išskaidykite ją į paprastąsias trupmenas: paprastojo poliaus p reziduumas yra A = [(s − p)·F(s)] ties s = p. Galutinės vertės teorema: f(∞) = lims→0 s·F(s), galioja tik tada, kai visi s·F(s) poliai yra kairiojoje pusplokštumėje. Pradinės vertės teorema: f(0⁺) = lims→∞ s·F(s).

Transformuokite lygtį

Y(s) = 60/(s(s + 1)(s + 2))

Paprastosios trupmenos

A = 60/(1·2) = 30
B = 60/((−1)·1) = −60
C = 60/((−2)·(−1)) = 30

Išskirta

y(t) = 30 − 60·e−t + 30·e−2t
y(0,4) = 3,261

Atsakymas

y(0,4) = 3,261
31.Struktūrinės schemos

Atsakymas: ess = 0,5

Struktūrinių schemų algebra: nuosekliai sujungti blokai dauginami (G₁·G₂), lygiagrečiai sujungti blokai sudedami (G₁ + G₂), o kontūras su tiesioginiu keliu G ir grįžtamuoju ryšiu H sutrumpinamas iki T = G/(1 + G·H) neigiamam grįžtamajam ryšiui ir G/(1 − G·H) teigiamam grįžtamajam ryšiui. Pirmiausia sutrumpinkite vidinius kontūrus, tada eikite į išorę. Uždarosios sistemos poliai yra charakteristinės lygties 1 + G(s)H(s) = 0 šaknys. Stabilioje sistemoje A dydžio šuolinis įėjimas duoda nusistovėjusį išėjimą A·T(0); esant vienetiniam grįžtamajam ryšiui nusistovėjusi paklaida šuoliui yra A/(1 + Kp), kur Kp = G(0).

Greičio paklaidos konstanta

Kᵥ = lims→0 s·G(s) = 32/8 = 4

Nusistovėjusi paklaida

ess = A/Kᵥ = 2/4 = 0,5

Atsakymas

ess = 0,5
32.Struktūrinės schemos

Atsakymas: T(0) = 0,6542

Struktūrinių schemų algebra: nuosekliai sujungti blokai dauginami (G₁·G₂), lygiagrečiai sujungti blokai sudedami (G₁ + G₂), o kontūras su tiesioginiu keliu G ir grįžtamuoju ryšiu H sutrumpinamas iki T = G/(1 + G·H) neigiamam grįžtamajam ryšiui ir G/(1 − G·H) teigiamam grįžtamajam ryšiui. Pirmiausia sutrumpinkite vidinius kontūrus, tada eikite į išorę. Uždarosios sistemos poliai yra charakteristinės lygties 1 + G(s)H(s) = 0 šaknys. Stabilioje sistemoje A dydžio šuolinis įėjimas duoda nusistovėjusį išėjimą A·T(0); esant vienetiniam grįžtamajam ryšiui nusistovėjusi paklaida šuoliui yra A/(1 + Kp), kur Kp = G(0).

Vidinis kontūras

Gᵢ = G₂/(1 + G₂H₁) = 3/(s + 10)

Išorinis kontūras

T(s) = G₁Gᵢ/(1 + G₁GᵢH₂) = 21/((s + 3)(s + 10) + 2,1)

Nuolatinės srovės stiprinimas

T(0) = 21/(3·10 + 2,1) = 21/32,1 = 0,6542

Atsakymas

T(0) = 0,6542
33.Šuolinė reakcija

Atsakymas: %OS = 57,11 %

Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).

Palyginkite su standartine forma

Vardiklis turi atitikti s² + 2ζωₙs + ωₙ².

ωₙ² = 73 → ωₙ = 8,544 rad/s
2ζωₙ = 3 → ζ = 3/(2·8,544) = 0,1756

Rezultatas

%OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²) = 100·e−0,5602 = 57,11 %

Atsakymas

%OS = 57,11 %
34.Šuolinė reakcija

Atsakymas: ζ = 0,2155

Šuolinė reakcija: pirmosios eilės sistema G(s) = K/(τs + 1) į U dydžio šuolį atsako y(t) = K·U·(1 − e−t/τ): po vienos laiko pastoviosios τ ji pasiekia 63,2 % galutinės vertės K·U, o po 4τ – 98 %. Antrosios eilės sistema G(s) = K·ωₙ²/(s² + 2ζωₙs + ωₙ²) turi polius s = −ζωₙ ± jωd, kur ωd = ωₙ√(1 − ζ²). Kai 0 < ζ < 1, šuolinė reakcija viršija galutinę vertę: procentinis viršijimas %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), pikų laikas tp = π/ωd, o 2 % nusistovėjimo laikas ts ≈ 4/(ζωₙ). Palyginkite vardiklį su s² + 2ζωₙs + ωₙ², kad nustatytumėte ωₙ ir ζ. Masės, spyruoklės ir slopintuvo sistemai ωₙ = √(k/m) ir ζ = c/(2√(km)); nuosekliajai RLC grandinei ωₙ = 1/√(LC) ir ζ = (R/2)·√(C/L).

Slopinimo koeficientas

ζ = −ln(0,5)/√(π² + ln²(0,5)) = 0,6931/√(9,87 + 0,4805) = 0,2155

Atsakymas

ζ = 0,2155
35.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: ∠G(jω) = −88,38 °

Dažninė charakteristika: perdavimo funkcijoje įrašykite s = jω. Modulis decibelais yra 20·log₁₀|H(jω)|, o fazė yra skaitiklio dauginamųjų kampų suma minus vardiklio dauginamųjų kampų suma. Pirmos eilės RC ar RL filtras turi lūžio (−3 dB) dažnį ωc = 1/(RC) arba R/L, o fc = ωc/(2π); žemųjų dažnių filtras duoda |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ir φ = −atan(ω/ωc). Asimptotiniame (tiesių atkarpų) Bode grafike kiekvienas polius sulenkia modulį žemyn 20 dB/dekadai ties savo lūžio dažniu, kiekvienas nulis sulenkia jį aukštyn 20 dB/dekadai, o integratorius 1/s visais dažniais duoda −20 dB/dekadai. Stiprinimo kirtimo dažnis ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); fazės atsarga PM = 180° + ∠L(jωc). Fazės kirtimo dažnis ω180: ∠L(jω) = −180°; stiprinimo atsarga GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Uždaroji kilpa stabili, kai abi atsargos teigiamos.

Sudėkite kampus

∠G = atan(2/13) − 90° − atan(2/16) = 8,746° − 90° − 7,125°

Rezultatas

∠G(j2) = −88,38°

Atsakymas

∠G(jω) = −88,38°
36.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: GM = 20 dB

Dažninė charakteristika: perdavimo funkcijoje įrašykite s = jω. Modulis decibelais yra 20·log₁₀|H(jω)|, o fazė yra skaitiklio dauginamųjų kampų suma minus vardiklio dauginamųjų kampų suma. Pirmos eilės RC ar RL filtras turi lūžio (−3 dB) dažnį ωc = 1/(RC) arba R/L, o fc = ωc/(2π); žemųjų dažnių filtras duoda |H| = 1/√(1 + (ω/ωc)²) ir φ = −atan(ω/ωc). Asimptotiniame (tiesių atkarpų) Bode grafike kiekvienas polius sulenkia modulį žemyn 20 dB/dekadai ties savo lūžio dažniu, kiekvienas nulis sulenkia jį aukštyn 20 dB/dekadai, o integratorius 1/s visais dažniais duoda −20 dB/dekadai. Stiprinimo kirtimo dažnis ωc: |L(jω)| = 1 (0 dB); fazės atsarga PM = 180° + ∠L(jωc). Fazės kirtimo dažnis ω180: ∠L(jω) = −180°; stiprinimo atsarga GM = −20·log₁₀|L(jω180)| dB. Uždaroji kilpa stabili, kai abi atsargos teigiamos.

Fazės kirtimas

(ω/3)·(ω/5) = 1 → ω180 = √(3·5) = 3,873 rad/s

Modulis ties fazės kirtimu

|L(jω180)| = K/(ω·√(ω² + 9)·√(ω² + 25)) = K/(3·5·(3 + 5)) = K/120

Stiprinimo atsarga

GM = 20·log₁₀(120/12) = 20 dB

Atsakymas

GM = 20 dB
37.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Atsakymas: m = 3

Rauso–Hurvico kriterijus: tiesinė sistema yra stabili, kai visos jos charakteristinio daugianario šaknys yra kairiojoje s plokštumos pusėje. Koeficientus pakaitomis surašykite į pirmąsias dvi Rauso lentelės eilutes. Kiekvienas naujos eilutės elementas apskaičiuojamas iš dviejų aukščiau esančių eilučių; kubiniam daugianariui a₃s³ + a₂s² + a₁s + a₀ elementas s¹ eilutėje yra b₁ = (a₂·a₁ − a₃·a₀)/a₂. Ženklo kaitų skaičius pirmajame stulpelyje lygus šaknų skaičiui dešiniojoje pusplokštumėje. Kai koeficientuose yra stiprinimas K, visi pirmojo stulpelio elementai turi likti teigiami: stiprinimas, kuriam esant s¹ eilutės elementas lygus nuliui, yra stabilumo riba, o s² eilutė tuomet duoda nuolatinių svyravimų dažnį.

Raucho lentelė

s³ + 5s² + 6s + K = 0
s³: 1, 6
s²: 5, K
s¹: (5·6 − K)/5
s⁰: K

Didžiausias stabilus stiprinimas

Kmax = 5·6 = 30

Koeficientas

m = 30/10 = 3

Atsakymas

m = 3

Šis koeficientas yra stiprinimo atsarga santykiu: 9,542 dB.

38.Stabilumas: Rauso–Hurvico kriterijus ir šaknų geometrinė vieta

Atsakymas: K = 6,375

Šaknų geometrinė vieta: stiprinimui K didėjant nuo 0 iki ∞, uždarojo kontūro poliai, t. y. lygties 1 + K·G(s) = 0 šaknys, juda iš atvirojo kontūro polių į atvirojo kontūro nulius arba į begalybę. Realiosios ašies taškas priklauso geometrinei vietai, kai realiųjų polių ir nulių skaičius į dešinę nuo jo yra nelyginis. n − m šakų, einančių į begalybę, seka asimptotes kampais (2q + 1)·180°/(n − m), kurios išeina iš centroido σₐ = (Σ polių − Σ nulių)/(n − m). Šakos palieka realiąją ašį arba prie jos prisijungia ten, kur dK/ds = 0. Kampo sąlyga ∠G(s) = 180° nustato formą, o modulio sąlyga K = 1/|G(s)| duoda stiprinimą bet kuriame geometrinės vietos taške.

Modulio sąlyga

K = |s|·|s + 2|·|s + 10|

Apskaičiuokite taške

K = 1,5·0,5·8,5 = 6,375

Atsakymas

K = 6,375

Patikrinimas: s(s + 2)(s + 10) + K lygu nuliui, kai s = −1,5.

39.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: ess = 0,5

Nusistovėjusioji paklaida: vienetinio grįžtamojo ryšio kontūre, kurio atvirojo kontūro perdavimo funkcija yra G(s), paklaida yra E(s) = R(s)/(1 + G(s)), o pagal galutinės reikšmės teoremą ess = lims→0 s·E(s). Sistemos tipas yra G(s) polių ties s = 0 skaičius. Paklaidos konstantos yra Kp = lim G(s), Kv = lim s·G(s) ir Ka = lim s²·G(s), visos kai s → 0. A dydžio šuolis duoda ess = A/(1 + Kp), rampa A·t duoda A/Kv, o parabolė A·t²/2 duoda A/Ka. 0 tipo kontūras šuolį seka su baigtine paklaida, 1 tipo kontūras seka jį tiksliai, o rampą – su baigtine paklaida.

Pagreičio konstanta

Ka = 5·1/5 = 1

Parabolės paklaida

ess = 0,5/1 = 0,5

Atsakymas

ess = 0,5
40.Nusistovėjusioji paklaida ir PID valdymas

Atsakymas: Ki = 1,6

P, PI ir PID valdymas: reguliatorius C(s) = Kp + Ki/s + Kd·s veikia pagal paklaidą. Proporcinis stiprinimas pagreitina kontūrą ir sumažina 0 tipo objekto paklaidą, bet niekada jos nepanaikina. Integralinis narys prideda polių ties s = 0: sistemos tipas padidėja vienetu, o šuolis seka be paklaidos. Diferencialinis narys prideda slopinimo. Norėdami parinkti stiprinimus, užrašykite uždarojo kontūro charakteristinį daugianarį ir palyginkite jį su s² + 2ζωns + ωn². Tuomet %OS = 100·e−ζπ/√(1−ζ²), tp = π/ωd, kur ωd = ωn√(1 − ζ²), o ts ≈ 4/(ζωn).

Charakteristinis daugianaris

1 + C(s)G(s) = 0, padauginta iš s(s + 5).

s² + (5 + 10Kp)s + 10Ki

Tikslinis daugianaris

s² + 2·1·4s + 4² = s² + 8s + 16

Sulyginkite koeficientus

10Ki = 16 → Ki = 1,6

Atsakymas

Ki = 1,6

Integralinis narys kontūrą padaro 1 tipo, todėl šuolis seka be nusistovėjusiosios paklaidos.

ExamProblems · examproblems.com/courses/fe-exam-electrical